特開 2024-154552 樹木の伐採方法、及びこの方法に用いる無人航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154552

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】樹木の伐採方法、及びこの方法に用いる無人航空機

(51)【国際特許分類】

   A01G 23/08 20060101AFI20241024BHJP

   B64U 10/13 20230101ALI20241024BHJP

   B64U 10/17 20230101ALI20241024BHJP

   B64U 101/40 20230101ALN20241024BHJP

【ＦＩ】

A01G23/08 A

B64U10/13

B64U10/17

B64U101:40

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068420

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中津 啓汰

(72)【発明者】

【氏名】土江 真吾

(72)【発明者】

【氏名】諸住 悟

(57)【要約】

【課題】樹木の伐採作業を効率よく安全に行う。
【解決手段】ワイヤーソーの一端を無人航空機に取り付け、ワイヤーソーの他端を地上で保持しつつ無人航空機を伐採の対象となる枝に向けて飛行させ、枝の上方を通過させることによりワイヤーソーを枝に掛け、無人航空機を降下させてワイヤーソーの一端を無人航空機から取り外し、ワイヤーソーを枝に接触させつつ、ワイヤーソーの一端及び他端を交互に引く操作を繰り返すことにより枝を切断する。無人航空機は、一つ以上の回転翼を有する本体と、ワイヤーソーの取付機構と、を備え、ワイヤーソーの一端を、回転翼よりも外周側に位置するように上記取付機構により無人航空機に取り付ける。上記取付機構は、無人航空機の外周方向に延出するアームと、アームの先端に設けられ、ワイヤーソーの一端が掛止されるフックと、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤーソーの一端を無人航空機に取り付け、
前記ワイヤーソーの他端を地上で保持しつつ前記無人航空機を伐採の対象となる枝に向けて飛行させ、
前記枝の上方を通過させることにより前記ワイヤーソーを前記枝に掛け、
前記無人航空機を降下させて前記ワイヤーソーの前記一端を前記無人航空機から取り外し、
前記ワイヤーソーを前記枝に接触させつつ、前記ワイヤーソーの前記一端及び前記他端を交互に引く操作を繰り返すことにより前記枝を切断する、
樹木の伐採方法。

【請求項2】

請求項１に記載の樹木の伐採方法であって、
前記無人航空機は、
一つ以上の回転翼を有する本体と、
前記ワイヤーソーの取付機構と、
を備え、
前記ワイヤーソーの前記一端を、前記回転翼よりも外周側に位置するように前記ワイヤーソーの取付機構により前記無人航空機に取り付ける、
樹木の伐採方法。

【請求項3】

請求項１に記載の樹木の伐採方法であって、
前記ワイヤーソーの他端側にて前記ワイヤーソーのワイヤーを回転ドラムに巻回しておき、前記無人航空機の飛行に伴い前記ワイヤーが送り出されるようにする、
樹木の伐採方法。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の樹木の伐採方法であって、
前記無人航空機は、マルチコプタ又はヘリコプタである、
樹木の伐採方法。

【請求項5】

請求項２に記載の樹木の伐採方法における前記無人航空機であって、
前記本体及び前記取付機構を備え、
前記取付機構は、
前記無人航空機の外周方向に延出するアームと、
前記アームの先端に設けられ、前記ワイヤーソーの前記一端が掛止されるフックと、
を有する、
無人航空機。

【請求項6】

請求項５に記載の無人航空機であって、
前記取付機構は、前記アームをその先端が上下に移動可能な状態で支持する、
無人航空機。

【請求項7】

請求項５に記載の無人航空機であって、
前記取付機構は、前記ワイヤーソーから前記アームが受ける力の前記本体への伝達を緩衝する緩衝機構を有する、
無人航空機。

【請求項8】

請求項５に記載の無人航空機であって、
前記アームは伸縮自在な構造を有する、
無人航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹木の伐採方法、及びこの方法に用いる無人航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

ダムや水力発電所においては、設備の周辺に成長した樹木の枝葉が、各種の設備や施設（水圧鉄管、水槽（サージタンク）、水槽用電源、通信ケーブル等）の保安維持や、ダム池内堆積土砂測量等の諸量計測の支障となる。このため、作業者は、高枝切りバサミやチェーンソー、ノコギリ等の工具を用いて樹木の枝打ちや根元からの伐採を行っている。また、伐採対象となる枝が樹木の高所に存在する場合には、作業者は樹木によじ登って対応している。このように樹木の伐採に際し作業者は危険な重労働を強いられている。

【0003】

こうした樹木の伐採作業を支援する技術として、例えば、特許文献１には、ドローン等の無人航空機に剪定構造（ハサミ、ノコギリ、カッター、レーザーカッター、ウォーターカッター等）を搭載して樹木の伐採を行うことが記載されている。また、特許文献２には、樹木の幹に追い口を設け、ワイヤーソーの本体のワイヤーの繰出し位置及び本体を樹木に固定する固定具が追い口よりも低い位置になるように固定具によって本体を樹木の幹に固定し、ワイヤーで樹木の幹を囲みワイヤーを追い口に掛止させ、ワイヤーソーを遠隔操作可能なリモコンの操作によってワイヤーを樹木の幹周りに周動させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１２０４４０号公報

【特許文献2】特開２０１８－１３００９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のように無人航空機に剪定構造を搭載して枝を伐採する場合には、樹木との接触を防ぐとともにバッテリの消費を抑えて飛行時間を確保するため、無人航空機やこれに搭載する剪定構造（剪定工具）については可能な限り小型であることが望ましい。一方で、小型の剪定構造では径の太い枝の伐採に対応することができず、また、伐採時に樹木から受ける反作用により無人航空機の飛行が不安定となり、作業効率や安全性の面で課題がある。また、特許文献２に記載された伐採装置は、倒木のために樹木の幹を地上付近で切断するものであり、樹木の高所に存在する枝を伐採することを想定した構成にはなっていない。

【0006】

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、樹木の伐採作業を効率よく安全に行うことが可能な、樹木の伐採方法、及びこの方法に用いる無人航空機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための本発明の一つは、樹木の伐採方法であって、ワイヤーソーの一端を無人航空機に取り付け、前記ワイヤーソーの他端を地上で保持しつつ前記無人航空機を伐採の対象となる枝に向けて飛行させ、前記枝の上方を通過させることにより前記ワイヤーソーを前記枝に掛け、前記無人航空機を降下させて前記ワイヤーソーの前記一端を前記無人航空機から取り外し、前記枝に接触させつつ、前記ワイヤーソーの前記一端及び前記他端を交互に引く操作を繰り返すことにより前記枝を伐採する。

【0008】

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、樹木の伐採作業を効率よく安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明による樹木の伐採方法の概略を説明する模式図である。

【図2】本発明による樹木の伐採方法の概略を説明するフローチャートである。

【図3】ワイヤーソーの一例を示す図である。

【図4A】無人航空機の構成を示す外観斜視図である。

【図4B】無人航空機の構成を示す外観斜視図である。

【図5A】無人航空機が飛行している際のアームの状態を示す図である。

【図5B】無人航空機が飛行している際のアームの状態を示す図である。

【図6A】無人航空機の主な構成を示す図である。

【図6B】無人航空機が備える主な機能を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。以下、本発明をその一実施形態に即して添付図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１（ａ）～（ｄ）は、本発明の一実施形態として説明する樹木の伐採方法の概略を説明する図である。また、図２は、上記樹木の伐採方法を説明するフローチャートである。以下、これらの図とともに説明する。

【0013】

以下に説明する樹木の伐採方法は、ワイヤーソー１００と無人航空機２００を用いて行われる。無人航空機２００は、例えば、マルチコプタやヘリコプタである。尚、本実施形態では、無人航空機２００が４つの回転翼（ロータ）を有するマルチコプタである場合を例として説明する。

【0014】

図１（ａ）に示すように、現場において樹木（以下、「対象樹木２」と称する。）の伐採作業を行う作業者３は、まず、地上でワイヤーソー１００の一端を無人航空機２００に着脱可能な状態で取り付ける（図１（ａ）、図２のＳ２１１）。

【0015】

続いて、作業者３は、無人航空機２００を、対象樹木２の伐採の対象となる枝（以下、「対象枝２ａ」と称する。）に向けて上昇飛行させ（図１（ｂ）、図２のＳ２１２～Ｓ２１３）、対象枝２ａの上空を通過させることによりワイヤーソー１００を対象枝２ａに掛ける（図２のＳ２１４）。

【0016】

続いて、作業者３は、無人航空機２００をワイヤーソー１００の取り外し位置まで降下／着陸させ、ワイヤーソー１００を無人航空機２００から取り外す（図１（ｃ）、図２のＳ２１５～Ｓ２１７）。

【0017】

続いて、作業者３は、ワイヤーソー１００の一端を一方の手で、また、ワイヤーソー１００の他端を他方の手で把持し、ワイヤーソー１００にテンションをかけてワイヤーソー１００を対象枝２ａに接触させつつ、左右の手でワイヤーソー１００を交互に引く操作を繰り返すことにより対象枝２ａを切断する（図１（ｄ）、図２のＳ２１９～Ｓ２２０）。

【0018】

このように、本実施形態の伐採方法においては、ワイヤーソー１００を対象枝２ａに掛ける作業については無人航空機２００を用いて行い、対象枝２ａを切断する作業については作業者３が地上からワイヤーソー１００を操作して行う。このため、作業者３は樹木によじ登る必要がなく、伐採作業を安全に行うことができる。また、ワイヤーソー１００として適切な長さのものを選択することで、作業者３は様々な高さの枝を切断することができる。また、ワイヤーソー１００により対象枝２ａを切断する作業については作業者３が地上から行うため、対象枝２ａに大きな荷重をかけやすく、無人航空機２００に搭載した伐採工具では切断が難しい、径の太い枝についても容易かつ確実に切断することができる。

【0019】

尚、無人航空機２００が対象枝２ａの上空を通過した後、降下する際はワイヤーソー１００の位置が無人航空機２００の位置よりも高くなるため、ワイヤーソー１００が無人航空機２００の回転翼に接触してしまう可能性がある。そこで、後述するように、例えば、ワイヤーソー１００が回転翼に接触しないようにワイヤーソー１００をガイドする仕組みを無人航空機２００に設ける。

【0020】

また、対象枝２ａが高所に存在する場合や対象枝２ａの位置が枝の密度の高い位置に存在する場合、地上からの目視によるのみでは無人航空機２００の操縦が難しくなる。そこで、例えば、無人航空機２００に搭載した撮影装置（ＦＰＶ（First Persons View）カメラ）により無人航空機２００の周囲の様子を映した映像をリアルタイムに地上のモニタ装置に送信し、作業者３がモニタ装置に表示される映像を確認しつつ無人航空機２００を操縦（目視外飛行）するようにしてもよい。

【0021】

また、飛行中に無人航空機２００が樹木や他の物体と接触もしくは衝突するのを防ぐため、無人航空機２００に超音波センサやＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）等の測距装置を搭載し、無人航空機２００が測距装置から得られる情報に基づき樹木と接触を回避しつつ自律飛行するようにしてもよい。また、撮影装置が撮影した映像をＡＩ（Artificial Intelligence）を用いてリアルタイムに画像認識や画像解析を行うことにより、樹木との接触を回避しつつ対象枝２ａの上空を飛行するように無人航空機２００が自律飛行するようにしてもよい。

【0022】

図３に、ワイヤーソー１００の一例を示す。例示するワイヤーソー１００は、所定の長さを有するワイヤー１１０と、ワイヤー１１０の各端部に夫々連結具１１５ａ，１１５ｂを介して設けられた把持部１２０ａ，１２０ｂとを有する。尚、他図において、連結具１１５ａ，１１５ｂは省略するかもしくは簡略化して描いている。

【0023】

ワイヤー１１０は、ステンレス鋼等の硬質の素材からなる所定長さ（例えば、数ｍから数十ｍ程度）の線材であり、伐採に際し樹木の切断箇所に接触させる刃として機能する。ワイヤー１１０は、切断効率を高めるため、例えば、チェーン構造や鋸刃構造を有していてもよい。また、ワイヤー１１０は、ステンレス鋼等からなる芯線の表面にダイヤモンド等の砥粒が電着等により固着した構成のものでもよい。

【0024】

把持部１２０ａ，１２０ｂは、伐採に際し作業者３の持ち手（握り手）となる部分である。同図の例では、把持部１２０ａ，１２０ｂをリング体としている。尚、同図に示す連結具１１５ａ，１１５ｂや把持部１２０ａ，１２０ｂの構成は一例に過ぎない。

【0025】

無人航空機２００は、自律飛行、もしくは地上に設けられた図示しない遠隔制御装置（地上ステーション、送信機（プロポ）等）から無線送信されてくる指令を受信して行う遠隔制御により飛行する。また、無人航空機２００は、空中で静止すること（ホバリング）もできる。

【0026】

図４Ａに、無人航空機２００の一例を示している。同図に示すように、無人航空機２００は、本体２１と、ワイヤーソー１００の一端が取り付けられる取付機構２２とを有する。

【0027】

取付機構２２は、アーム支持部２５１、アーム２５２、及びフック２５３を有する。このうちアーム支持部２５１は、本体２１の所定位置に設けられ、アーム２５２を支持する。アーム２５２は、棒状の部材であり、無人航空機２００の運搬性及び収納性を確保するため伸縮自在（長手方向にスライド可能）な構造を有する。アーム２５２の一端（根本部分）は、その他端が上下（±ｚ方向）に移動可能な状態でアーム支持部２５１に設けられている。フック２５３は、アーム２５２の他端（先端）に設けられる。フック２５３は、ワイヤーソー１００の把持部１２０ａ，把持部１２０ｂ（又は連結具１１５ａ，１１５ｂ）を着脱自在に掛止する構造を有する。本例では、図示しない付勢手段（バネ等）により閉じられたフック２５３の一部が開閉することによりワイヤーソー１００の把持部１２０ａ，把持部１２０ｂ又は連結具１１５ａ，１１５ｂを容易にフック２５３に脱着できるようになっている。

【0028】

図４Ｂに、ワイヤーソー１００の把持部１２０ａ（又は把持部１２０ｂ）を取付機構２２のフック２５３に掛止した状態を示す。また、同図には、アーム２５２の先端がアーム支持部２５１を支点として上下（±ｚ方向）に移動（回動）する様子を示している。同図に示すように、アーム２５２は、隣接して設けられている２つの回転翼２０１１の間の空間において移動可能なように構成されている。このため、ワイヤーソー１００が回転翼２０１１に接触してしまうのを防ぐことができる。また、アーム２５２はその先端が上下に移動可能な状態でアーム支持部２５１によって支持されているため、ワイヤーソー１００からアーム２５２が受ける力の本体２１への伝達を緩和することができる。そのため、ワイヤーソー１００から伝達される力による無人航空機２００の飛行への影響を抑えることができる。

【0029】

尚、アーム２５２が上下に移動し過ぎて本体２１に接触してしまうことのないように、アーム支持部２５１には、アーム２５２が所定の角度範囲以上は回動しないように制限する機構（ストッパ機構）が設けられている。また、アーム２５２は、ワイヤーソー１００から受ける力によって自然に上下に移動するように（完全にフリーな状態に）してもよい。また、アーム２５２にアーム２５２の急な動きを緩和する緩衝機構（バネ等）を設けてアーム２５２の急な動きが抑制されるようにし、ワイヤーソー１００から無人航空機２００に大きな力が直接伝達されないようにしてもよい。

【0030】

図５Ａ及び図５Ｂに、無人航空機２００が飛行している際のアーム２５２の状態を示している。

【0031】

図５Ａに示すように、無人航空機２００がワイヤーソー１００よりも高い位置を飛行している際はワイヤーソー１００の荷重によりアーム２５２は下方に移動した状態となり、ワイヤーソー１００は無人航空機２００から垂れ下がった状態となる。

【0032】

一方、図５Ｂに示すように、ワイヤーソー１００が枝に掛かった状態で無人航空機２００が下降すると、無人航空機２００よりもワイヤーソー１００が高い位置にくるため、ワイヤーソー１００により上方に引っ張られてアーム２５２は上方に移動する。

【0033】

図６Ａは、無人航空機２００の主な構成を示す図である。同図に示すように、無人航空機２００は、前述した本体２１を構成する、推力発生装置２０１、飛行制御装置２０２、各種センサ２０３、撮影装置２０４、通信装置２０５、及びバッテリ２０６と、前述した取付機構２２とを備える。

【0034】

推力発生装置２０１は、無人航空機２００が飛行するための推力を発生する装置であり、例えば、電動モータ、モータ制御装置（ESC：Electronic Speed Controller）、及び回転翼（ロータ、プロペラ）を備える。尚、推力発生装置２０１は、例えば、燃料の燃焼により動力を発生させるいわゆるエンジン（グローエンジン、ガソリンエンジン等）を用いて構成されるものでもよい。

【0035】

飛行制御装置２０２は、プロセッサやメモリを有するマイクロコンピュータ（マイコン）等の情報処理装置（コンピュータ）を用いて構成され、無人航空機２００の飛行や無人航空機２００に搭載されている各種装置や機能の制御、センサ情報の監視等を行う。

【0036】

各種センサ２０３は、無人航空機２００の飛行に必要な情報を取得するセンサであり、例えば、加速度センサ、速度センサ、地磁気センサ、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）（衛星測位装置（ＧＮＳＳセンサ））、マイクロ波レーダー、ＬｉＤＡＲ、ＥＫＦ（Extended Kalman Filter）を用いた慣性航法装置等である。

【0037】

撮影装置２０４は、例えば、撮影方向や画角、露出等の撮影条件を無線通信により遠隔操作が可能なビデオカメラ、もしくは動画撮影が可能なデジタルスチールカメラであり、自身（無人航空機２００）や周囲の様子、樹木の様子を撮影した映像データを生成する。撮影装置２０４は、各種センサ２０３の一つとして機能させてもよい。

【0038】

通信装置２０５は、遠隔制御装置と無線通信を行う装置（例えば、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の周波数を利用する無線通信装置）である。通信装置２０５は、例えば、撮影装置２０４により撮影した映像データや、無人航空機２００の状態を示す情報等を、例えば、無線映像伝送技術やテレメトリ（telemetry）通信により随時、遠隔制御装置に送信する。

【0039】

バッテリ２０６は、例えば、リチウムイオンポリマー二次電池であり、無人航空機２００の各構成の動作に必要な電力を供給する。

【0040】

取付機構２２は、前述した構成（アーム支持部２５１、アーム２５２、フック２５３）を備える。

【0041】

図６Ｂは、無人航空機２００が備える主な機能を説明する図である。同図に示すように、無人航空機２００は、記憶部２１０、飛行制御部２２０、通信処理部２３０、及び映像伝送部２３５の各機能を備える。これらの機能は、例えば、飛行制御装置２０２のプロセッサが、メモリに記憶しているソフトウェアを実行することにより実現される。

【0042】

記憶部２１０は、機体情報２１１及び映像データ２１２を記憶する。機体情報２１１は、無人航空機２００の機体に関する情報（現在位置情報２１１１、飛行速度／加速情報２１１２、及びバッテリ残量情報２１１３等）を含む。

【0043】

飛行制御部２２０は、遠隔制御装置から送られてくる飛行制御指示に従って受動的に無人航空機２００の飛行を制御する遠隔制御方式、もしくは、機体情報２１１に基づき自律的に無人航空機２００の飛行を制御する自律制御方式のいずれかにより、無人航空機２００の飛行を制御する。自律制御方式の場合、飛行制御部２２０は、例えば、無人航空機２０が予め設定された飛行経路に従って飛行するように推力発生装置２０１や飛行制御装置２０２を制御する。

【0044】

尚、無人航空機２００は、各種センサ２０３の情報や撮影装置２０４により撮影された映像に基づき、対象枝への接近、樹木の枝間に存在する空間のすり抜け等の飛行を自律的に行う。また、無人航空機２００は、無人航空機２００から撮影装置２０４により撮影された周囲の映像を作業者が装着する映像モニタにリアルタイムに送信し、作業者が上記映像を見ながら遠隔制御する目視外飛行を行う。

【0045】

通信処理部２３０は、通信装置２０５を介して遠隔制御装置と無線通信又は無線通信を行う。通信処理部１２５は、例えば、遠隔制御装置から飛行制御指示を受信する。また、通信処理部２３０は、記憶部２１０が記憶している機体情報２１１を、通信装置５６を介して遠隔制御装置に随時送信する。

【0046】

映像伝送部２３５は、撮影装置２０４が撮影して生成した映像データ２１２を記憶部２１０に格納するとともに、通信装置２０５により遠隔制御装置に送信（例えば、リアルタイムに伝送）する。

【0047】

以上に詳細に説明したように、本実施形態の樹木の伐採方法によれば、ワイヤーソー１００を対象枝に掛ける作業については無人航空機２００を用いて行い、対象枝２ａを切断する作業については作業者３が地上からワイヤーソー１００を操作して行うので、作業者３は樹木によじ登る必要がなく、伐採作業を安全に行うことができる。また、ワイヤーソー１００として適切な長さのものを選択することで、作業者３は様々な高さの枝を切断することができる。また、ワイヤーソー１００により対象枝２ａを切断する作業については作業者３が地上から行うため、対象枝２ａに大きな荷重をかけやすく、無人航空機２００に搭載した伐採工具では切断が難しい径の太い枝についても容易かつ確実に切断することができる。

【0048】

尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

【0049】

例えば、対象枝の位置が高所であり、ワイヤーソー１００としてワイヤー１１０の長いものを用いる必要がある場合には無人航空機２００を飛行させた際にワイヤー１１０の送り出しがスムーズに行えなくなることが想定される。そこで、例えば、ワイヤー１１０を回転ドラムに巻回しておき、無人航空機２００の移動に伴い回転ドラムからワイヤー１１０が送り出されるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0050】

２ 対象樹木
２ａ 対象枝
２２ 取付機構
２５１ アーム支持部
２５２ アーム
２５３ フック
３ 作業者
１００ ワイヤーソー
１１０ ワイヤー
１２０ａ，１２０ｂ 把持部
２００ 無人航空機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】